JP4148022B2 - 車両用操舵制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、自車両が目標経路に沿って追従走行するように自動操舵を行う車両用操舵制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の車両用操舵制御装置としては、既知の経路に対して車両位置を逐次照合しつつ、目標経路をトレースする技術が考案されている。例えば、高速域や急カーブにおける適切な制御を目的として、車速が大きいほど制御量が減少するよう制御ゲインを変更する方法や、目標経路の曲率半径が大きいほど制御量が減少するよう制御ゲインを変更する方法等が知られている(特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平10−167098号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の車両用操舵制御装置にあっては、交差点等の道路半径が小さい個所等を徐行により走行する場合、経路に対する誤差補正のための操舵として、左右フル転舵に近い状態でハンドルを切ることが繰り返されるため、ドライバに違和感を与えるという問題があった。
【0005】
これは、一般的に、高速域から低速域まで自動操舵を行う場合、操舵に対する車両の応答が低速である程鈍くなるため、経路誤差に対する操舵ゲインは低速であるほど大きく設定する必要があることに起因している。
【0006】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、低速域において大きな修正舵が繰り返されることに起因する違和感の発生を防止できる車両用操舵制御装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にあっては、前方注視点において自車両が通過する際の基準経路との横偏差に応じて操舵量を算出することで、自車両を基準経路に沿って走行させる車両用操舵制御装置において、自車両を走行させる基準経路を検出する基準経路検出手段と、自車速を検出する車速検出手段と、検出された基準経路における所定時間もしくは所定距離前方の前方注視点を設定する前方注視点設定手段と、設定された前方注視点における基準経路に対する横偏差を検出する横偏差検出手段と、検出された横偏差に応じた操舵量を算出する際の操舵感度を設定する操舵感度設定手段と、設定された操舵感度に基づいて操舵量を算出する操舵量算出手段と、検出された車速が予め設定された設定車速以下であるとき、設定された操舵感度を低下させる操舵感度低下手段と、を設けたことを特徴とする。
【0008】
【発明の効果】
本発明の車両用操舵制御装置にあっては、操舵感度低下手段は、車速が予め設定された設定車速よりも小さいとき、操舵感度を低下させるため、低速域において大きな修正舵の繰り返しに起因する違和感の発生を防止でき、適切な操舵制御を実施できる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両用操舵制御装置を実現する実施の形態を、図面に示す第1実施例に基づいて説明する。
【0010】
(第1実施例)
まず、構成を説明する。
図1は、第1実施例の車両用操舵制御装置を示すシステム構成図であり、図中、1FL、1FR、1RLおよび1RRはそれぞれ左前輪、右前輪、左後輪および右後輪であり、後輪1RLおよび1RRは、エンジン2の駆動力が自動変速機3、プロペラシャフト4、最終減速装置5および車軸6を順に介して伝達される駆動輪である。
【0011】
また、前輪1FLおよび1FRは、ステアリングギヤ7、ステアリングシャフト8を介してステアリングホイール9に連結された操舵輪であり、ステアリングシャフト8には、電動モータで構成された操舵アクチュエータ10が連結されている。この操舵アクチュエータ10は、後述するコントローラ16から出力される操舵制御量δCに応じて、前輪1FLおよび1FRの操舵方向、操舵角、および操舵速度を制御するように構成されている。
【0012】
また、各車輪1FL〜1RRには、車輪の回転速度に応じた周波数の車輪速VFL〜VRRを出力する車輪速センサ11FL〜11RRが配設されている。さらに、車両には、前後加速度Xgを検出する前後加速度センサ12と、横加速度Ygを検出する横加速度センサ13と、ヨーレートφを検出するヨーレートセンサ17とが備えられている。
【0013】
また、車両には、人工衛星から送られる衛星電波を受信して現在の自車位置を検出するGPS14と、所定領域の道路地図情報を記憶したCD−ROMやDVD−ROM等の記憶媒体がセットされた記憶ユニット15(道路半径算出手段および道路幅検出手段に相当)とが搭載されている。
【0014】
これら、各車輪速センサ11FL〜11RRで検出する車輪速VFL〜VRRと、前後加速度センサ12で検出される前後加速度Xgと、横加速度センサ13で検出される横加速度Ygと、ヨーレートセンサ17で検出されるヨーレートφと、GPS14で検出された自車位置情報と、記憶ユニット15に記憶された道路地図情報とが、例えばマイクロコンピュータで構成されたコントローラ16に入力される。このコントローラ16では、図2の操舵制御処理を常時実行することで前述した操舵アクチュエータ10に対する操舵制御量δCの出力を制御し、自動操舵により自車両を基準経路に沿って走行させるように構成されている。
【0015】
次に、作用を説明する。
[操舵制御処理]
図2は、コントローラ16において実行される操舵制御処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、図示せざるオペレーティングシステムで一定時間毎に定時割り込み遂行される。
【0016】
ステップS101では、GPS14で検出された自車位置に従って、記憶ユニット15に記憶された道路地図情報を読み込み、道路地図情報を構成するノードデータ(X,Y)のうち、図3に示すように、自車位置を基準とし前後に所定距離だけとった範囲(Xo,Yo)〜(Xn,Yn)を常時バッファに保有し、ステップS102へ移行する(基準経路検出手段に相当)。ここで、前方側の距離は、例えば、車速Vに所定時間t1を乗じた値(=V・t1)、または、予め設定した最小値のうち大きい方に設定する。
【0017】
ステップS102では、各種センサから出力される各車輪速VFL〜VRRと、前後加速度Xgと、横加速度Ygと、ヨーレートφとを読み込み、ステップS103へ移行する。
【0018】
ステップS103では、各車輪速VFL〜VRRの平均から車速Vを算出し、ステップS104へ移行する(車速検出手段に相当)。
【0019】
ステップS104では、図4に示すFB前方注視時間算出マップを参照し、ステップS103において算出された車速Vから、フィードバック(以下FB)制御用のFB前方注視時間T_fbを設定し、ステップS105へ移行する。算出マップは、図4に示すように、横軸が車速Vを、縦軸がFB前方注視時間T_fbを表している。
【0020】
ステップS105では、ステップS104で算出されたFB前方注視時間T_fbからFB前方注視点P_fbを算出し、ステップS106へ移行する。具体的には、ステップS104において算出されたFB前方注視時間T_fbに車速Vを乗じることにより、FB前方注視時間T_fbが経過する間に自車両が進む距離D_fb(=T_fb・V)を算出し、現在の自車位置から距離D_fb分だけ進んだ地点における最寄りのノードを前方注視点P_fbとして設定する(前方注視点設定手段に相当)。
【0021】
ステップS106では、ステップS105において算出されたFB前方注視点P_fbを自車両が通過するときの基準経路に対する横偏差YEを算出し、ステップS107へ移行する(横偏差検出手段に相当)。
【0022】
横偏差YEは、自車両の車両姿勢から求まる横偏差YSと、車両旋回状態から求まる横偏差YPとを加算して算出する。
【0023】
車両のスリップ角θSは、前後加速度Xgおよび横加速度Ygを用いて下記の式(1)のように表される。
θS=tan−1(Yg/Xg) …(1)
【0024】
また、図5に示すような基準座標上における自車両のヨー角をε1、第2前方注視点P2を通り速度ベクトルVに直角な直線Cと基準経路との交点Qにおける基準座標に対する基準経路のずれ角をεTとすると、基準経路に対する自車両のヨー角εRは、下記の式(2)のように表すことができる。
εR=εT−ε1 …(2)
【0025】
さらに、初期状態における基準経路と自車位置との横偏差をYUとしたとき、車両姿勢に応じた横偏差YSは下記の式(3)のように表されるので、この式に従って、YU、D2、εRおよびθSから車両姿勢に応じた横偏差YSを算出する。
YS=YU+D_fb・tan(εR+θS) …(3)
【0026】
次に、車両が定常円旋回を行っている場合を想定すると、スリップレートを無視することができるので、車両旋回状態から求まる横偏差YPは、下記の式(4)で表すことができる。
YP=D_fb・tanβ …(4)
なお、この式中のβは、下記の式(5)で表すことができる。
β=1/2・sin−1(D_fb・ε1/Xg) …(5)
【0027】
したがって、式(4),(5)から車両旋回状態に応じた横偏差YPを算出し、これに式(3)により算出された横偏差YSを加算することにより、基準経路に対する横偏差YE(=YS+YP)を算出できる。
【0028】
ステップS107では、ステップS106において算出された横偏差YEから指令操舵角を算出するための操舵ゲイン(操舵感度)Ksを設定し、ステップS108へ移行する(操舵感度設定手段に相当)。
【0029】
自然法則として車両の構造が同一であれば、運動は低速であるほど操舵に対する応答が低下する。よって、誤差修正能力を維持するためには、誤差(横偏差)YEを修正するための操舵角を決定する操舵ゲインKsを大きく設定する。
【0030】
しかしながら、交差点等で車速Vを極低速に落として走行するとき、操舵ゲインKsが大きな値に保たれている場合には、ドライバが操舵する場合と反して左右に大操舵による修正操舵が繰り返される。
【0031】
こうした領域においては、多少の誤差を許容することでスムーズで違和感のない操舵を行うために、図6に示すように、車速Vがある車速V1以下の領域では操舵ゲインKsを低下させる(操舵感度低下手段に相当)。これにより、スムーズで違和感のない操舵が可能となる。
【0032】
さらに、この際に設定するFB前方注視時間T_fbは、図7に示すように、ある車速V2を境にして大きくなるようにしても良い(前方注視点調節手段に相当)。この際、図6のV1と図7のV2との関係は、V1>V2となるように設定すると良いが、これを規定するものではない。
【0033】
このように、車速Vの低下に応じて前方注視点P_fbを延長することにより、車両の将来のヨー角誤差に対する操舵感度を高めたことになり、将来誤差を小さくすることに重みを置くことで過度な操舵が行われないようにするものである。
【0034】
また、図2に示したフローチャート内の図、および図6は車速V1に対して操舵ゲインKsを規定した場合の説明であるが、道路半径Rに応じて操舵ゲインKsを設定しても良い。
【0035】
例えば、図8に示すように、ある道路半径(第1設定半径)R1以下となった場合に、操舵ゲインKsを低下させる(操舵感度低下手段に相当)。また、図9に示すようなマップ形状としても良い。
【0036】
さらに、図8もしくは図9のように操舵ゲインKsを設定した場合に、FB前方注時間T_fbを図10のように設定しても良い(前方注視点調節手段に相当)。このとき、R2(第2設定半径)<R1となるように設定すると良いが、これを規定するものではない。
【0037】
このように、道路半径Rの減少に応じて前方注視点P_fbを延長することによって、車両の将来のヨー角誤差に対する操舵感度を高めたことになり、将来誤差を小さくすることに重みを置くことで過度な操舵が行われないようにするものである。
【0038】
ここで、操舵ゲインKsは、車速Vに応じて設定された操舵ゲインKs_velと、道路半径Rに応じて設定された操舵ゲインKs_radiusのうち、小さい方を最終的に使用する操舵ゲインKsとして選択するようにしても良い。また、前方注視時間T_fbに関しては、車速Vに応じて設定されたFB前方注視時間T_fbと道路半径Rに応じて設定されたFB前方注視時間T_fbのうち、長い方を選択するようにしても良い。
【0039】
なお、ここまでのプロセスで算出された操舵ゲインKsは、道路幅によって道路幅が広い場合に操舵ゲインKsを低下する量を大きめにする図11のような補正係数Ks_hoseiを用いて、下記の式(6)のように補正しても良い。
Ks=Ks×Ks_hosei …(6)
【0040】
また、同様に前方注視時間T_fbについては、図12のような補正をかけることで、道路幅が太い場合により将来の車両のヨー角を重視するにするようにしても良い。
前方注視時間T_fb=前方注視時間T_fb×前方注視時間T_fb_hosei …(7)
【0041】
以上により最終的な操舵ゲインKsと前方注視点P_fbとが決定されるが、さらに、車両がこのように多少の誤差を許容しスムーズな操舵を行うかどうか、もしくは操舵ゲインKsを高く保つかどうかを、周囲の障害物の状況に応じて選択するようにする。
【0042】
特に、経路上正面以外の側方の障害物がレーザレーダ(障害物検出手段)などにより一定距離以下で検出されている場合には、図13のように操舵ゲインKsを低下させない。なお、障害物を検知しなくとも、GPS14により市街路を走行している場合、もしくはコントローラ16より障害物回避状況である旨の指令が与えられた場合などにおいても同様に図13のゲインマップを選択するようにする(道路半径に応じた操舵ゲインKsも障害物の検出等がされている場合には操舵ゲインKsを低下させないように選択するものとする)。
【0043】
図2のフローチャートに戻り、ステップS108では、下記の式(8)から横変位YEを修正するための操舵量δfbを算出する(操舵量算出手段に相当)。
δfb=Ks・YE+Kd・(dYE/dt) …(8)
ここで、KsおよびKdは係数であり、直線走行時の外乱に対して追従誤差が経路から逸脱する程拡大しないよう、最適な値を実験から求めることが望ましい。
【0044】
なお、最終的な操舵指令δcomは、下記の式(9)に示すように、上記の前方注視点誤差を修正するための操舵δfbに、走行中の道路半径に基づき決定したフィードフォワード(以下FF)制御による操舵量δffを加算した値となる。
δcom=δfb+δff …(9)
【0045】
ステップS109では、ステップS108において算出された操舵制御量δcomを操舵アクチュエータ10に出力し、本制御を終了する。
【0046】
すなわち、車速Vがある車速V1以下の低速域で操舵ゲインKsを低下させるため、大きな修正舵が繰り返し行われることなくスムーズで違和感のない操舵が可能となる。
【0047】
車速Vがある車速V2(V1>V2)以下のとき、車速Vの減少に応じてFB前方注視時間T_fbを延長し、FB前方注視点P_fbを大きくするため、車両の将来のヨー角誤差に対する操舵ゲインKsが高められ、将来誤差を小さくすることに重みを置くことで過度な操舵を防止できる。よって、大きな修正舵が繰り返されず、適切な操舵が実施される。
【0048】
道路半径Rがある道路半径R1以下のとき、操舵ゲインKsを低下するため、大きな修正舵が繰り返し行われることなく適切な操舵が行われる。
【0049】
道路半径Rがある道路半径R2以下のとき、道路半径Rの減少に応じてFB前方注視時間T_fbを延長し、FB前方注視点P_fbを大きくするため、車両の将来のヨー角誤差に対する操舵ゲインKsが高められ、将来誤差を小さくすることに重みを置くことで過度な操舵を防止できる。よって、大きな修正舵が繰り返されず、適切な操舵が実施される。
【0050】
操舵ゲインKsを低下させる度合いを道路幅に応じて設定するため、広い道路で多少の誤差の拡大が許容できる場合には大きな修正舵が繰り返し行われることなく、よりスムーズで適切な操舵が可能となる。
【0051】
車速Vに応じて設定した操舵ゲインKs_velと、道路半径Rに応じて設定した操舵ゲインKs_radiusのうち、低い方を選択するため、車速Vと道路半径Rの双方に応じて最適な操舵ゲインKsとFB前方注視時間T_fbが設定されるので、大きな修正舵が繰り返し行われることなく、よりスムーズで適切な操舵が可能となる。
【0052】
車速Vもしくは道路半径Rに応じて操舵ゲインKsを低下させるか否かを、周囲障害物の有無によって選択するため、障害物回避動作等で追従誤差を小さくしたい場合に対応しつつ、大きな修正操舵が繰り返し行われることなく、よりスムーズで適切な操舵が可能となる。
【0053】
以上、本発明の車両用操舵制御装置を第1実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この第1実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の車両用操舵制御装置を示すシステム構成図である。
【図2】コントローラにおいて実行される操舵制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図3】FB前方注視点の算出方法を示す説明図である。
【図4】FB前方注視時間算出マップである。
【図5】FB前方注視点における誤差の算出方法を示す説明図である。
【図6】車速に応じた操舵ゲイン設定マップである。
【図7】車速に応じたFB前方注視点設定マップである。
【図8】道路半径に応じた操舵ゲイン設定マップである。
【図9】道路半径に応じた操舵ゲイン設定マップである。
【図10】道路半径に応じたFB前方注視点設定マップである。
【図11】道路幅に応じたゲイン補正係数設定マップである。
【図12】道路幅に応じたFB前方注視点補正係数設定マップである。
【図13】障害物検出時における車速に応じた操舵ゲイン設定マップである。
【符号の説明】
1FL 左前輪
1FR 右前輪
1RL 左後輪
1RR 右後輪
2 エンジン
3 自動変速機
4 プロペラシャフト
5 最終減速装置
6 車軸
7 ステアリングギヤ
8 ステアリングシャフト
9 ステアリングホイール
10 操舵アクチュエータ
11FL 左前輪車輪速センサ
11FR 右前輪車輪速センサ
11RL 左後輪車輪速センサ
11RR 右後輪車輪速センサ
12 前後加速度センサ
13 横加速度センサ
14 GPS
15 記憶ユニット
16 コントローラ
17 ヨーレートセンサ
Claims (7)
- 前方注視点において自車両が通過する際の基準経路との横偏差に応じて操舵量を算出することで、自車両を基準経路に沿って走行させる車両用操舵制御装置において、
自車両を走行させる基準経路を検出する基準経路検出手段と、
自車速を検出する車速検出手段と、
検出された基準経路における所定時間もしくは所定距離前方の前方注視点を設定する前方注視点設定手段と、
設定された前方注視点における基準経路に対する横偏差を検出する横偏差検出手段と、
検出された横偏差に応じた操舵量を算出する際の操舵感度を設定する操舵感度設定手段と、
設定された操舵感度に基づいて操舵量を算出する操舵量算出手段と、
検出された車速が予め設定された設定車速以下であるとき、設定された操舵感度を低下させる操舵感度低下手段と、
を設けたことを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 請求項1に記載の車両用操舵制御装置において、
検出された車速が設定車速以下であるとき、設定された前方注視点の位置を自車からの距離が大きくなるように調節する前方注視点調節手段を設けたことを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 前方注視点において自車両が通過する際の基準経路との横偏差に応じて操舵量を算出することで、自車両を基準経路に沿って走行させる車両用操舵制御装置において、
自車両を走行させるための基準経路を検出する基準経路検出手段と、
検出された経路の半径を算出する道路半径算出手段と、
検出された基準経路における所定時間もしくは所定距離前方の前方注視点を設定する前方注視点設定手段と、
設定された前方注視点における基準経路に対する横偏差を検出する横偏差検出手段と、
検出された横偏差に応じた操舵量を算出する際の操舵感度を設定する操舵感度設定手段と、
設定された操舵感度に基づいて操舵量を算出する操舵量算出手段と、
検出された道路半径が予め設定された第1設定半径以下であるとき、設定された操舵感度を低下させる操舵感度低下手段と、
を設けたことを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 請求項3に記載の車両用操舵制御装置において、
算出された道路半径が予め設定された第2設定半径以下であるとき、設定された前方注視点の位置を自車からの距離が大きくなるように調節する前方注視点調節手段と、
を設けたことを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の車両用操舵制御装置において、
道路幅を検出する道路幅検出手段を設け、
前記操舵感度低下手段は、検出された道路幅が大きくなると操舵感度を低下させることを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の車両用操舵制御装置において、
前記操舵感度設定手段は、車速に応じて設定した操舵感度と道路半径に応じて設定した操舵感度のうち、低い方を選択することを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の
障害物を検出する障害物検出手段を設け、
前記操舵感度低下手段は、障害物の有無に基づいて操舵感度を低下させるか否かを選択することを特徴とする車両用操舵制御装置。
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